(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリュー式コンプレッサを駆動する永久磁石同期モータを制御するコンプレッサ駆動用モータの制御装置であって、
前記永久磁石同期モータの回転子の位置と負荷となる前記スクリュー式コンプレッサの歯の位置関係とが一義的に固定され、前記回転子の位置情報とトルク変動の位相情報とが一義的に決定されており、
速度制御部により、前記永久磁石同期モータを制御するトルク指令値を生成し、
トルク重畳分演算手段により、前記回転子の位置に同期させた位相を有し平均値が負荷トルクの平均値に相当する交流成分である前記コンプレッサに固有の負荷トルク変動分を前記トルク指令値に対してフィードフォワード的に重畳し、
負荷トルク変動分を重畳したトルク指令値により前記永久磁石同期モータを制御する
ことを特徴とするコンプレッサ駆動用モータの制御装置。
【請求項２】
スクリュー式コンプレッサを駆動する永久磁石同期モータを制御するコンプレッサ駆動用モータの制御方法であって、
前記永久磁石同期モータの回転子の位置情報とトルク変動の位相情報とを一義的に決定するため、前記回転子の位置と負荷となる前記スクリュー式コンプレッサの歯の位置関係とを一義的に固定しておき、
前記永久磁石同期モータを制御するためのトルク指令値に対して、前記回転子の位置に同期させた位相を有し平均値が負荷トルクの平均値に相当する交流成分である前記コンプレッサに固有の負荷トルク変動分をフィードフォワード的に重畳して、前記永久磁石同期モータを制御する
ことを特徴とするコンプレッサ駆動用モータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサを駆動する永久磁石同期モータを制御するコンプレッサ駆動用モータの制御装置（インバータ）及びコンプレッサ駆動用モータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題や省資源の問題が世界的にクローズアップされており、次世代のエネルギ源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、自動車用の動力源としても開発が進められている。
【０００３】
自動車用動力源として開発が進められている固定高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）などの燃料電池においては、出力密度を向上させるため、より多くの空気（酸素）を発電部であるスタックに送り込むコンプレッサ（空気供給装置）が必要となる場合が多い。このコンプレッサとしては、いわゆるスーパーチャージャ（過給機）が用いられる。
【０００４】
このような燃料電池を動力源として用いる場合、自動車用のエンジンの場合と異なり、過給機を機械的に駆動する駆動源が無いことから、特許文献１に記載されているように、燃料電池から得られる電力の一部を用いて電動により駆動することが行われる。このような電動駆動式の過給機の形式としては、高圧力比、高効率で高い応答性を備え、小型（コンパクト）なものが適しており、例えば、内部圧縮作用のあるスクリュー式コンプレッサが適していると考えられる。
【０００５】
現在、電動駆動式過給機として提案されているスクリュー式コンプレッサは、例えば、図３に示すように、ケーシング１０１内に互いに噛み合う雌雄一対のロータ１０２，１０３が内蔵されており軸受１０４により回転可能に支持されるとともに、タイミングギヤ１０５，１０６によって一対のロータ１０２，１０３間で駆動力が伝達されて回転駆動されるようにしてある。
【０００６】
このような雌雄一対のロータ１０２，１０３では、雄ロータ１０２の占めるボリュームを最少限とするよう、例えば、羽枚数を３枚とするのに対し、雌ロータ１０３は雄ロータ１０２との噛合いを考慮して羽枚数を５枚とし、雌ロータ１０３に対して雄ロータ１０２の回転数を高めて高速で回転させ、内部圧縮作用を生じさせて過給するようにしてある。
【０００７】
そして、これまでのスクリュー式コンプレッサにおいては、雌雄一対のロータ１０２，１０３のうち回転数の低い雌ロータ１０３側を駆動入力軸とし、軸継手１０７を介して電動機１０８を連結して駆動するようにし、これによって、電動機１０８の騒音低減、軸受の信頼性向上、軸振動の低減などを図るようにしている。
【０００８】
電動機１０８としては、永久磁石同期モータが用いられる。この永久磁石同期モータを制御するには、コンプレッサ駆動用モータの制御装置が用いられる。このようなコンプレッサ駆動用モータの制御装置においては、特許文献２に記載されているように、コンプレッサの速度指令値に応じて、速度制御部によって生成したトルク指令値（電流指令値）によりインバータのスイッチング素子が制御されるようになっている。したがって、定常状態においては、トルク指令値（電流指令値）は一定に維持される。
【特許文献１】特開２００３−２６９１８２公報
【特許文献２】特開２００６−２８８０８３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、前述のようなコンプレッサ、特に、スクリュー式コンプレッサにおいては、１回転あたりの負荷トルクがスクリューの歯の数と同期して周期的に変動する。そのため、定常状態において、負荷トルクが脈動することとなる。
【００１０】
これに対して、永久磁石同期モータの駆動トルクは一定であるため、ロータの回転速度が周期的に変動し、騒音の要因となっている。
【００１１】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、コンプレッサを永久磁石同期モータによって駆動するにあたって、負荷トルクの脈動によるロータの回転速度の変動を防止して、騒音の低減を図ることができるコンプレッサ駆動用モータの制御装置及びコンプレッサ駆動用モータの制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係るコンプレッサ駆動用モータの制御装置は、以下の構成を有するものである。
【００１３】
〔構成１〕
スクリュー式コンプレッサを駆動する永久磁石同期モータを制御するコンプレッサ駆動用モータの制御装置であって、永久磁石同期モータの回転子の位置と負荷となるスクリュー式コンプレッサの歯の位置関係とが一義的に固定され回転子の位置情報とトルク変動の位相情報とが一義的に決定されており、速度制御部により、永久磁石同期モータを制御するトルク指令値を生成し、トルク重畳分演算手段により、回転子の位置に同期させた位相を有し平均値が負荷トルクの平均値に相当する交流成分であるコンプレッサに固有の負荷トルク変動分をトルク指令値に対してフィードフォワード的に重畳し、負荷トルク変動分を重畳したトルク指令値により永久磁石同期モータを制御することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明に係るコンプレッサ駆動用モータの制御方法は、以下の構成を有するものである。
【００１５】
〔構成２〕
スクリュー式コンプレッサを駆動する永久磁石同期モータを制御するコンプレッサ駆動用モータの制御方法であって、永久磁石同期モータの回転子の位置情報とトルク変動の位相情報とを一義的に決定するため回転子の位置と負荷となるスクリュー式コンプレッサの歯の位置関係とを一義的に固定しておき、永久磁石同期モータを制御するためのトルク指令値に対して、回転子の位置に同期させた位相を有し平均値が負荷トルクの平均値に相当する交流成分であるコンプレッサに固有の負荷トルク変動分をフィードフォワード的に重畳して、永久磁石同期モータを制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るコンプレッサ駆動用モータの制御装置においては、構成１を有することにより、永久磁石同期モータの回転子の位置と負荷となるスクリュー式コンプレッサの歯の位置関係とが一義的に固定され回転子の位置情報とトルク変動の位相情報とが一義的に決定されており、速度制御部により永久磁石同期モータを制御するトルク指令値を生成し、トルク重畳分演算手段により、回転子の位置に同期させた位相を有し平均値が負荷トルクの平均値に相当する交流成分であるコンプレッサに固有の負荷トルク変動分をトルク指令値に対してフィードフォワード的に重畳し、負荷トルク変動分を重畳したトルク指令値により永久磁石同期モータを制御するので、負荷トルクの変動に合わせてモータトルクが変動し、良好に同期させることができ、速度変動を防止して、騒音を低減することができる。
【００１９】
本発明に係るコンプレッサ駆動用モータの制御方法においては、構成２を有することにより、永久磁石同期モータの回転子の位置情報とトルク変動の位相情報とを一義的に決定するため回転子の位置と負荷となるスクリュー式コンプレッサの歯の位置関係とを一義的に固定しておき、永久磁石同期モータを制御するためのトルク指令値に対して、回転子の位置に同期させた位相を有し平均値が負荷トルクの平均値に相当する交流成分であるコンプレッサに固有の負荷トルク変動分をフィードフォワード的に重畳して、永久磁石同期モータを制御するので、負荷トルクの変動に合わせてモータトルクを変動させ、良好に同期させることができ、速度変動を防止して、騒音を低減することができる。
【００２１】
すなわち、本発明は、コンプレッサを永久磁石同期モータによって駆動するにあたって、負荷トルクの脈動によるロータの回転速度の変動を防止して、騒音の低減を図ることができるコンプレッサ駆動用モータの制御装置及びコンプレッサ駆動用モータの制御方法を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
〔コンプレッサ駆動用モータの制御装置の構成〕
図１は、本発明に係るコンプレッサ駆動用モータの制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２４】
本発明に係るコンプレッサ駆動用モータの制御装置は、前述したようなコンプレッサを駆動する永久磁石同期モータ４を制御する制御装置である。このコンプレッサ駆動用モータの制御装置においては、図１に示すように、速度指令信号が速度制御部１に入力される。速度制御部１は、速度指令信号に基づくトルク指令値（電流指令値）を生成し、電流制御部２に送る。電流制御部２は、送られたトルク指令値（電流指令値）に応じて、パルス幅変調部（ＰＷＭ：Pulse WidthModulation）３を制御する。パルス幅変調部３は、電流制御部２により制御され、永久磁石同期モータ４に供給する電流をオン、オフ制御する。なお、パルス幅変調部３において用いられるキャリア信号は、例えば、三角波信号やのこぎり波などであり、特に波形は限定されない。パルス幅変調部３により永久磁石同期モータ４に供給される電流が所定のタイミングでオン、オフ制御させることにより、パルス電流のデューティが変化され、永久磁石同期モータ４が所望の回転数にて駆動される。
【００２５】
また、この制御装置においては、電流検出手段５により、永久磁石同期モータ４に供給されている電流が検出される。電流検出手段５による検出値は、電流制御部に入力されるトルク指令値（電流指令値）にフィードバックされて減算され、永久磁石同期モータ４に供給される電流が所定の電流値に制御される。
【００２６】
そして、この制御装置においては、永久磁石同期モータ４の回転子の位置が、極性位置検出手段６により検出される。極性位置検出手段６により検出された回転子の位置情報は、微分回路８を経て、回転子の速度情報として、速度指令信号にフィードバックされて減算され、永久磁石同期モータ４の回転子の速度が所定の速度に制御される。
【００２７】
また、極性位置検出手段６により検出された回転子の位置情報は、トルク重畳分演算手段となるトルク重畳分演算部７に送られる。このトルク重畳分演算部７には、電流検出手段５による検出値も送られる。トルク重畳分演算部７は、速度制御部１において生成されたトルク指令値（電流指令値）に対し、コンプレッサ固有の負荷トルク変動分を重畳させる。
【００２８】
この制御装置を用いて永久磁石同期モータ４によりスクリュー式コンプレッサを駆動する場合には、永久磁石同期モータ４の回転子の位置と、負荷となるスクリュー式コンプレッサの歯の位置関係とは、一義的に固定されている。このように回転子の位置とスクリュー式コンプレッサの歯の位置との位置関係が一義的に固定されていることにより、回転子の位置情報と負荷トルク変動の位相情報とは、一義的に決定される。トルク重畳分演算部７においては、このようにして、トルク変動の位相情報を決定する。また、負荷トルク変動の大きさは、一般的に負荷トルクの直流成分（平均値）と相関を持っているので、負荷トルク（永久磁石同期モータ４の出力電流値）の平均値を大きさとする交流成分とする。
【００２９】
なお、このコンプレッサ駆動用モータの制御装置は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（ReadOnly Memory）及びＣＰＵ（Central Processing Unit）などにより構成することができ、各種入力情報に基づいて、演算処理を行うものである。
【００３０】
〔コンプレッサ駆動用モータの制御装置の動作（本発明に係るコンプレッサ駆動用モータの制御方法）〕
前述のように構成された本発明に係るコンプレッサ駆動用モータの制御装置が動作することにより、本発明に係るコンプレッサ駆動用モータの制御方法が実施される。
【００３１】
図２は、本発明に係るコンプレッサ駆動用モータの制御装置における永久磁石同期モータの駆動トルク及び負荷トルクと回転子の速度変動との関係を示すグラフである。
【００３２】
このコンプレッサ駆動用モータの制御装置において、図２中の（ａ）に示すように、永久磁石同期モータ４の駆動トルクを一定とした場合には、負荷トルクが周期的に変動（脈動）することにより、回転子の回転速度は、周期的に変動（脈動）する。
【００３３】
そして、このコンプレッサ駆動用モータの制御装置においては、トルク重畳分演算部７により、速度制御部１において生成されたトルク指令値（電流指令値）に対しコンプレッサ固有の負荷トルク変動分が重畳され、図２中の（ｂ）に示すように、永久磁石同期モータ４の駆動トルクは、周期的に変動（脈動）する。重畳される負荷トルク変動分は、永久磁石同期モータ４の回転子の位置に同期させた位相を有し、負荷トルク（モータの出力電流値）の平均値を大きさとした交流成分となっている。
【００３４】
このような負荷トルク変動分が、モータ速度制御部１において生成されたトルク指令値（電流指令値）に対して、フィードフォワード的に重畳されることにより、図２中の（ｂ）に示すように、負荷トルクの変動に合わせて永久磁石同期モータ４の駆動トルクが変動し、負荷トルクと駆動トルクとの差が小さくなり、回転子の回転速度の周期的な変動（脈動）が抑制される。回転子の回転速度の変動が抑制されることにより、騒音が低減される。
【００３５】
前述したように、このコンプレッサ駆動用モータの制御装置においては、永久磁石同期モータ４の回転子の磁極位置とコンプレッサのスクリューの歯との位相関係を、重畳させるトルク変動分の位相に合わせておく必要がある。ただし、重畳させるトルク変動分の位相情報は、オートチューニングや学習機能により最適化することもできる。すなわち、回転子の回転速度の変動が最も小さくなる状態が最適な位相状態であるため、評価関数を設定して、トルク変動分の位相情報を最適化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係るコンプレッサ駆動用モータの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るコンプレッサ駆動用モータの制御装置における永久磁石同期モータの駆動トルク及び負荷トルクと回転子の速度変動との関係を示すグラフである。
【図３】電動駆動式過給機として提案されているスクリュー式コンプレッサの構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  速度制御部
２  電流制御部
３  パルス幅変調部（ＰＷＭ）
４  永久磁石同期モータ
５  電流検出手段
６  極性位置検出手段
７  トルク重畳分演算部
【図１】
0005309530.tif 000002
【図２】
0005309530.tif 000003
【図３】
0005309530.tif 000004